KR100391744B1 - Crash Steam Cooling System for Turbine, Turbine Silo Cooling System, Turbine Silo Cooling Method by Steam Crash and Turbine Silo - Google Patents

Crash Steam Cooling System for Turbine, Turbine Silo Cooling System, Turbine Silo Cooling Method by Steam Crash and Turbine Silo Download PDF

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KR100391744B1
KR100391744B1 KR1019950018159A KR19950018159A KR100391744B1 KR 100391744 B1 KR100391744 B1 KR 100391744B1 KR 1019950018159 A KR1019950018159 A KR 1019950018159A KR 19950018159 A KR19950018159 A KR 19950018159A KR 100391744 B1 KR100391744 B1 KR 100391744B1
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Abstract

본 발명의 터빈 시라우드는 고온 연소가스의 방향에 대하여 연속 교차유동 상태로 공동들을 통해서 유동시키기 위하여 냉각증기를 수용하기 위한 복수개의 공동을 포함한다. 제1공동에서 돌기는 시라우드의 벽을 냉각시키기 위하여 대류 계수를 증가시켜 냉각증기의 속도를 증가시키도록 노즐을 형성한다. 제2공동에서의 냉각증기는 시라우드의 벽을 충돌 냉각시키기 위하여 충돌판을 통과한다. 마찬가지로, 증기는 시라우드의 벽을 더욱 충돌 냉각시키도록 충돌판을 통해서 유동하기 위하여 제2공동으로부터 제3공동으로 통과한다. 제2 및 제3공동에서 충돌판들은 교차유동 영향을 감소시키도록 후 충돌 증기의 이동 방향으로 증가된 유동 영역을 제공하는 복수개의 도관을 포함한다.The turbine shroud of the present invention comprises a plurality of cavities for receiving cooling steam to flow through the cavities in a continuous crossflow state with respect to the direction of the hot combustion gas. The projections in the first cavity form a nozzle to increase the rate of cooling steam by increasing the convection coefficient to cool the walls of the shroud. The cooling steam in the second cavity passes through the impingement plate for impingement cooling of the walls of the shroud. Likewise, steam passes from the second cavity to the third cavity to flow through the impingement plate to further impinge the cooling of the walls of the shroud. The impingement plates in the second and third cavities comprise a plurality of conduits which provide an increased flow area in the direction of movement of the later impingement vapor to reduce the crossflow effect.

Description

터빈용 충돌 증기 냉각 장치, 터빈 시라우드 냉각 시스템, 증기 충돌에 의한 터빈 시라우드 냉각 방법 및 터빈 시라우드Impingement steam chillers for turbines, turbine shroud cooling systems, turbine shroud cooling methods by steam impingement and turbine shrouds

본 발명은 터빈 시라우드를 냉각시키는 장치에 관한 것으로, 특히 교차 유동 영향(cross-flow effect)을 감소시키면서 터빈 시라우드를 충돌식으로 냉각시키는 장치 및 단일 유동회로에서 터빈 시라우드의 수개의 냉각 공동을 통해서 냉각매체를 연속하여 유동시키는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for cooling a turbine shroud, in particular an apparatus for impingementally cooling the turbine shroud while reducing cross-flow effects and several cooling cavities of the turbine shroud in a single flow circuit. It relates to a system for continuously flowing the cooling medium through.

터빈 시라우드를 냉각시키는 현재의 방법은 충돌판을 통해서 이 판에 걸친 압력차에 기인하는 비교적 높은 속도로 공기를 유동시키기 위한 복수개의 구멍을 갖는 공기 충돌판을 사용한다. 구멍을 통해서 유동하는 높은 속도의 공기는 냉각될 부품 상에 부딪쳐서 충돌한다. 이 부품에 부딪쳐서 이를 냉각시킨 후에 후 충돌 공기는 자체의 통로를 찾아 최저 압력 싱크로 유동한다. 그러나, 이렇게 사용된 냉각 공기가 싱크로 이동함으로써 축압에 소비된 공기는 냉각될 부품 상에 충돌하도록 안내되는 공기의 다른 고속 제트의 통로를 교차하게 된다. 따라서, 소비된 냉각 공기는 저압 싱크 쪽으로 하류 방향으로 축압된다. 소비된 공기의 교차 유동은 고속으로 도입되는 충돌 냉각 공기와 작용하며, 이로써 상기 충돌 공기가 충돌판으로부터 냉각될 부품으로 교차함으로써 충돌 냉각 공기의 영향을 현저하게 감소시키게 된다. 이렇게 감소된 영향은 증가된 질량 유동의 하류 영역에서 더욱 현저하게 된다.Current methods of cooling the turbine shroud use an air impingement plate having a plurality of holes for flowing air through the impingement plate at a relatively high speed due to the pressure difference across the plate. The high velocity air that flows through the holes impinges on and impacts the parts to be cooled. After hitting and cooling the part, the impingement air finds its own passage and flows to the lowest pressure sink. However, the cooling air used in this way moves to the sink so that the air consumed in the accumulator crosses the passage of another high velocity jet of air which is guided to impinge on the component to be cooled. Thus, the spent cooling air is accumulated in the downstream direction towards the low pressure sink. The cross flow of spent air acts with impingement cooling air introduced at high speed, thereby significantly reducing the impact of impingement cooling air by crossing the impingement air from the impingement plate to the part to be cooled. This reduced effect is more pronounced in the region downstream of the increased mass flow.

종래의 기술로서 1993년 11월 16일자로 출원되고 본원의 양수인에게 양도된 미합중국 특허출원 제08/152,363호에는 터빈 부품, 특히 터빈 시라우드를 냉각매체로서 증기를 사용하여 충돌 냉각시키는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 특허출원에 개시되어 있는 장치 및 방법은 터빈 시라우드를 효과적으로 증기 냉각시킬 수는 있으나, 최소량의 냉각매체를 사용하고 해로운 교차 유동 영향을 감소시키면서 증기식 터빈 냉각을 개선할 필요성이 있다.US patent application Ser. No. 08 / 152,363, filed Nov. 16, 1993 and assigned to the assignee herein as a prior art, discloses an apparatus and method for impingement cooling turbine components, particularly turbine shrouds, using steam as a cooling medium. Is disclosed. The devices and methods disclosed in this patent application can effectively steam cool the turbine shroud, but there is a need to improve steam turbine cooling while using minimal amounts of cooling medium and reducing harmful cross-flow effects.

본 발명에 따르면 연속 냉각 유동 회로에서의 냉각 효율을 최대화하는 시스템 및 교차 유동 영향을 최대화시키는 장치가 마련된다. 먼저, 상기 시스템에 대하여 설명하면, 고정식 시라우드인 터빈 시라우드에는 예를 들어 증기와 같은 냉각매체를 터빈을 통과하는 고온 가스의 방향의 역방향으로 통과시키기 위하여 터빈 버킷의 단부들의 반경방향 외측으로 복수개의 공동이 마련되어 있다. 시라우드의 적어도 하나의 벽 표면은 터빈을 통과하는 고온의 연소가스에 노출되는 것을 알 수 있다. 상기 공동들을 대향유동 방향으로 연속적으로 냉각시킴으로써 유동이 순서적으로 제어된다. 또한, 동일 영역을 냉각시키는 데 적은 증기가 사용되고, 유동 상태들이 덜 가혹한 비교적 낮은 온도 영역을 예비 가열시킬 수 있다. 또한, 유동로 상태가 덜 가혹한 공동에 증기가 일단 도달하면, 이 증기는 상기 영역을 효과적으로 냉각시키도록 미리 충분히 가열되지만 상기 부분을 통하여 높은 열 구배를 부과하도록 너무 냉각되지는 않는데, 이렇게 되지 않으면 높은 응력을 유발하게 된다.According to the present invention there is provided a system for maximizing the cooling efficiency in a continuous cooling flow circuit and a device for maximizing cross flow effects. First, the system will be described. The turbine shroud, which is a fixed shroud, includes a plurality of radially outward ends of the ends of the turbine bucket in order to pass a cooling medium such as steam in a direction opposite to the direction of the hot gas passing through the turbine. Dog cavities It can be seen that at least one wall surface of the shroud is exposed to hot combustion gases passing through the turbine. The flow is controlled in sequence by continuously cooling the cavities in the opposite flow direction. Also, less steam is used to cool the same zone, and preheating a relatively low temperature zone where flow conditions are less severe. In addition, once the steam reaches a cavity where the flow path conditions are less severe, the steam is sufficiently heated in advance to effectively cool the region but not too cold to impose a high thermal gradient through the portion, otherwise It causes stress.

특히, 냉각 증기는 시라우드에 도입되어 이 증기가 하류로 이동함으로써 증기의 속도를 증가시키게 되는 노즐을 형성하는 감소된 영역을 갖는 제1 공동 안으로 도입된다. 이러한 속도의 증가는 제1 공동에서 냉각될 시라우드의 벽을 따라 대류 계수를 증가시키게 되어 상기 구역을 더욱 냉각시키고 증기의 온도를 증가시키게 된다. 제1 공동의 시라우드 벽을 냉각시킨 후에 증기는 고속으로 배출 통로를통해서 제1 공동 안으로 통과한다. 제2 공동에서 충돌판은 공동을 제1 및 제2 챔버로 분할한다. 따라서, 증기는 제1 챔버로부터 고속 증기 제트를 형성하는 충돌판의 구멍들을 통해서 제2 챔버로 상기 증기 제트가 냉각될 제2 공동의 벽에 충돌하는 상태로 그리고 냉각이 수행된 후에 증기의 온도를 증가시키는 상태로 통과한다. 증기는 제2 공동으로부터의 감소된 배출 개구를 통해서 충돌판을 갖는 제3 공동 안으로 고속으로 유동한다. 그러나, 제3 공동에서 충돌판을 갖는 수납판은 제3 공동에서 냉각될 벽 상에의 직접 충돌을 위하여 충돌판에 있는 구멍들을 통해서 증기를 통과시키는 추가의 공동을 형성한다. 그러면, 이 증기는 수납판 주위에서 배출관에 연통된 수집 매니폴드 안으로 통과한다.In particular, the cooling steam is introduced into the shroud and into the first cavity having a reduced area that forms a nozzle that moves downstream to increase the speed of the steam. This increase in velocity will increase the convection coefficient along the walls of the shroud to be cooled in the first cavity, further cooling the zone and increasing the temperature of the steam. After cooling the shroud wall of the first cavity, the steam passes through the discharge passage at high speed into the first cavity. In the second cavity the impingement plate divides the cavity into first and second chambers. Thus, the steam impinges the temperature of the steam after the cooling is performed with the steam jet impinging the second chamber through the holes of the impingement plate forming the high velocity steam jet from the first chamber into the second chamber. Pass in increasing state. The vapor flows at high speed into the third cavity having the impingement plate through the reduced discharge opening from the second cavity. However, the receiving plate having the impingement plate in the third cavity forms an additional cavity for passing steam through the holes in the impingement plate for direct impact on the wall to be cooled in the third cavity. This vapor then passes into a collection manifold in communication with the discharge tube around the receiving plate.

본 발명의 일면에 따르면 충돌 냉각 교차 유동 영향이 최소로 되거나 감소된다. 이를 얻기 위하여 냉각 구멍들의 열들 사이의 각 충돌판에는 하나 이상의 도관이 형성되며, 상기 냉각 구멍은 공동으로부터의 그 출구 쪽으로 후 충돌 증기의 유동 방향에 대체로 평행하게 배열된다. 도관의 높이는 하류 유동 방향으로 증가하는 것이 바람직하다. 따라서, 도관들은 소비된 증기 유동의 질량이 하류 위치로 가면서 증가되게 이동하도록 상기 증기의 유동을 위한 증가된 영역을 제공한다. 이렇게 증가된 영역은 충돌 구멍들과 냉각될 벽들 사이에서 더 적은 크기의 소비 유동이 일어나기 때문에 교차 유동 영향을 감소시키는 경향을 가지며, 그렇지 않으면 고속 제트가 냉각될 표면들에 충돌하는 것을 방해하게 된다.According to one aspect of the invention the impact cooling cross flow effect is minimized or reduced. To achieve this, one or more conduits are formed in each impingement plate between the rows of cooling holes, which cooling holes are arranged generally parallel to the flow direction of the post impingement vapor towards its exit from the cavity. Preferably, the height of the conduit increases in the downstream flow direction. Thus, the conduits provide an increased area for the flow of the steam so that the mass of the spent steam flow moves in increasing order to the downstream position. This increased area tends to reduce the cross flow effect because less magnitude of consumption flow occurs between the impact holes and the walls to be cooled, otherwise preventing the high velocity jet from impinging on the surfaces to be cooled.

본 발명의 양호한 실시예에서는, 서로 이격된 제1 및 제2 벽과, 서로에 대하여 밀봉된 제1 및 제2 챔버를 자체의 대향 측면들 상에 형성하도록 상기 벽들 사이에서 이격되며 자체를 통해서 챔버들 사이에서 냉각 증기를 연통시키기 위한 복수개의 유동 개구와 상기 개구들을 통하여 제2 챔버 안으로의 유동을 위하여 그리고 제2 벽의 충돌 냉각을 위하여 냉각 증기를 제1 챔버 안으로 공급하도록 제1 챔버에 연통된 공급통로를 갖는 충돌판을 갖는 터빈 시라우드를 포함하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치가 마련된다. 제2 챔버로부터 유동하는 후 충돌 냉각 증기를 배출하기 위하여 배출 개구가 제2 챔버에 연통되게 마련되고, 후 충돌 증기의 질량 유동이 배출 개구 쪽으로 하류 방향으로 증가함으로써 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하도록 제2 챔버에 연통되게 적어도 하나의 도관이 형성된다.In a preferred embodiment of the invention, the first and second walls spaced apart from each other, and the first and second chambers sealed against each other on their opposite sides to form on their opposite sides, are spaced between themselves and through the chamber. A plurality of flow openings for communicating cooling steam therebetween and communicating through the openings to the first chamber for supplying cooling steam into the first chamber for flow into the second chamber and for impingement cooling of the second wall. An impingement steam cooling apparatus for a turbine including a turbine shroud having a collision plate having a supply passage is provided. An outlet opening is provided in communication with the second chamber for discharging the post impingement cooling steam flowing from the second chamber, the mass flow of the post impingement vapor increasing in a downstream direction towards the outlet opening, thereby increasing for at least a portion of the post impingement steam At least one conduit is formed in communication with the second chamber to provide an integrated flow zone.

본 발명의 다른 실시예에서는, 복수개의 공동과, 냉각 증기를 수용하기 위한 입구와 증기 출구 통로를 갖고 자체를 통해서 출구 통로로 유동하는 증기의 속도를 증가시키기 위한 노즐을 형성하는 상기 복수개의 공동 중 제1 공동을 포함하는 터빈 시라우드를 냉각시키는 시스템이 마련된다. 복수개의 공동 중 제2 공동은 서로 이격된 제1 및 제2 벽과, 서로에 대하여 밀봉된 제1 및 제2 챔버를 자체의 대향 측면들 상에 형성하도록 상기 벽들 사이에서 이격된 충돌판을 가지며, 상기 제1 챔버는 제1 공동으로부터의 증기를 수용하기 위하여 출구 통로에 연통되게 위치하고, 상기 충돌판은 제2 공동의 제2 벽을 충돌 냉각시키기 위하여 상기 제1 챔버로부터 개구를 통해서 제2 챔버 안으로 냉각 증기를 연통시키기 위하여 자체를 관통하는 복수개의 유동 개구를 갖는다. 제2챔버로부터 유동하는 후 충돌 냉각 증기를 배출하기 위하여 배출 개구가 제2 챔버에 연통되게 마련되고, 제2 챔버로부터 배출 개구 쪽으로 후 충돌 증기의 유동에 연통되고 제2 챔버 내의 교차 유동 영향을 감소시키기 위하여 후 충돌 증기의 질량 유동이 배출 개구 쪽으로 하류 방향으로 증가함으로써 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하는 제2 공동의 도관 형성부가 마련된다.In another embodiment of the present invention, a plurality of cavities, among the plurality of cavities having an inlet and a vapor outlet passage for receiving cooling steam, form a nozzle for increasing the velocity of steam flowing through the outlet passage through itself. A system is provided for cooling a turbine shroud including a first cavity. The second one of the plurality of cavities has first and second walls spaced apart from each other, and impingement plates spaced between the walls to form sealed first and second chambers relative to each other on their opposite sides. And the first chamber is located in communication with the outlet passage for receiving vapor from the first cavity, and the impingement plate is through the opening from the first chamber through the opening from the first chamber to impinge cool the second wall of the second cavity. It has a plurality of flow openings that penetrate itself to communicate cooling steam inward. A discharge opening is provided in communication with the second chamber for discharging the impingement cooling vapor after flowing from the second chamber, communicating with the flow of the post impingement vapor from the second chamber toward the discharge opening and reducing the effect of cross flow in the second chamber. In order to achieve this, a conduit formation of the second cavity is provided which increases the mass flow of the post impingement vapor in the downstream direction towards the discharge opening, thereby providing an increased flow area for at least a portion of the post impingement vapor.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 냉각 증기를 시라우드 내의 공동 안으로 유동시키는 단계와, 제1 챔버로부터 공동을 제1 및 제2 챔버로 분할하는 충돌판에 배열된 복수개의 개구를 통해서 냉각 증기를 유동시키는 단계와, 벽을 냉각시키도록 시라우드의 벽에 대하여 충돌시키기 위하여 개구를 통해서 유동하는 증기를 제2 챔버를 교차하게 안내하는 단계와, 제2 챔버에 있는 후 충돌 냉각 증기를 배출 개구로 유동시키는 단계와, 충돌 개구들과 벽 사이에서의 증기의 후 충돌 유동을 감소시킴으로써 교차 유동 영향을 감소시키도록 제2 챔버의 후 충돌 냉각 증기를 위한 증가된 유동 영역을 제공하도록 공동에 적어도 하나의 도관을 마련하는 단계를 포함하는 시라우드의 증기 충돌에 의해 터빈 시라우드를 냉각시키는 방법이 마련된다.In another embodiment of the present invention, the cooling steam is flowed through a plurality of openings arranged in an impingement plate which divides the cooling steam into a cavity in the shroud and divides the cavity from the first chamber into the first and second chambers. Flowing, passing steam flowing through the opening to cross the second chamber to impinge against the wall of the shroud to cool the wall, and passing the post impingement cooling steam in the second chamber into the discharge opening. At least one in the cavity to provide an increased flow zone for the post impingement cooling steam of the second chamber to reduce the cross flow effect by reducing the post impingement flow of vapor between the impingement openings and the wall. A method is provided for cooling a turbine shroud by vapor bombardment of the shroud comprising providing a conduit.

따라서, 본 발명의 주 목적은 높은 냉각 효율을 갖고 충돌 냉각 중에 감소된 교차 유동 영향을 갖고 터빈 시라우드를 냉각시키는 개선된 장치 및 방법을 마련하는 것이다.It is therefore a primary object of the present invention to provide an improved apparatus and method for cooling turbine shrouds with high cooling efficiency and with reduced cross flow effects during impingement cooling.

제1도에는 1단계 노즐(10)과 1단계 버킷(12)과 2단계 노즐(14) 및 2단계 버킷(16)을 포함하는 터빈의 내측 쉘의 배치 상태가 도시되어 있다. 1단계 및 2단계 버킷(12 및 16)은 (도시되지 않은) 터빈축의 축을 중심으로 회전하고, 1단계 및 2단계 노즐(10 및 14)은 고정식으로 터빈의 내측 쉘에 고정된다. 본 발명은 시라우드 현수부(20)에 고정되고 1단계 버킷들에서 버킷의 외부 단부로부터 이격되는 고정 내측 쉘 부분을 형성하는 터빈 시라우드(18)에 관한 것이다. 내측 쉘은 냉각 증기 입구 공급통로(22)와 후 충돌 냉각 증기 배출 통로(24)를 포함하며, 상기 두 통로는 모두 시라우드(18)에 연통되어 있다. 시라우드 현수부 조립체는 증기 공급 및 배출 통로(22 및 24)와 함께 제2도에 도시되어 있다.1 shows the arrangement of the inner shell of the turbine comprising a first stage nozzle 10, a first stage bucket 12, a second stage nozzle 14 and a second stage bucket 16. The first and second stage buckets 12 and 16 rotate about the axis of the turbine shaft (not shown), and the first and second stage nozzles 10 and 14 are fixedly fixed to the inner shell of the turbine. The present invention relates to a turbine shroud 18 that is secured to the shroud suspension 20 and forms a fixed inner shell portion spaced from the outer end of the bucket in the first stage buckets. The inner shell includes a cooling vapor inlet supply passage 22 and a post impingement cooling vapor discharge passage 24, both of which communicate with the shroud 18. The shroud suspension assembly is shown in FIG. 2 with steam supply and discharge passages 22 and 24.

제3도 및 제4도에서는 고온의 연소가스를 유동시키기 위한 고온 가스 통로가 제3도의 화살표 방향으로 형성되어 시라우드(18)의 내측 표면(26)을 통과하는 것을 볼 수 있다. 이 시라우드는 3개의 폐쇄 공동(28, 30, 32)으로 형성되어 있다. 도시된 것처럼 공동(28)은 제2 공동(30) 안으로의 유동을 위하여 증기 공급통로(22)로부터의 증기를 수용한다. 이후에 설명하는 것처럼 공동(30)의 냉각 증기는 배출 통로를 통해서 제3 공동(32) 안으로의 연속 유동을 위한 벽 표면(26)의 일부의 충돌 냉각을 위하여 충돌판을 통해서 통과한다. 충돌 냉각은 증기가 최종적으로는 증기 배출 통로(24)를 통해서 배출되게 하면서 제3 공동의 벽 부분(26)에도 유사하게 제공된다.In FIGS. 3 and 4 it can be seen that hot gas passages for flowing hot combustion gases are formed in the direction of the arrow in FIG. 3 and pass through the inner surface 26 of the shroud 18. This shroud is formed of three closed cavities 28, 30, 32. As shown, the cavity 28 receives steam from the steam supply passage 22 for flow into the second cavity 30. As will be explained later, the cooling vapor of the cavity 30 passes through the impingement plate for impingement cooling of a portion of the wall surface 26 for continuous flow into the third cavity 32 through the discharge passageway. Impingement cooling is similarly provided to the wall portion 26 of the third cavity while allowing steam to finally exit through the vapor discharge passage 24.

제3도 및 제4도를 보면 제1 공동(28)은 매니폴드(34)와, 유동 영역을 감소시키기 위한 노즐(38)을 형성하는 돌기(36)를 갖는 벽을 포함한다. 노즐(38)은 증기가 공동(28)의 하류로 이동함으로써 복수개의 이격된 통로(40)들을 통해서 이를 배출하기 위하여 그 속도를 증가시키게 된다. 돌기(36) 주위에서 그리고 이에 의해 형성된 노즐을 통해서 증기를 가압함으로써 증기의 속도가 증가되고, 이로써 고온가스 통로에 노출된 공동(28)의 하부 표면을 따라 대류 계수가 증가하게 된다. 따라서, 고온 가스 통로는 상기 구역에서 폐쇄되고, 냉각 증기가 배출 통로(40)를 통해서 제2 공동(30) 안으로 유동함으로써 이 냉각 증기의 온도가 증가하게 된다.3 and 4, the first cavity 28 comprises a wall having a manifold 34 and a protrusion 36 forming a nozzle 38 for reducing the flow area. The nozzle 38 increases its velocity in order for steam to flow out of the plurality of spaced passages 40 by moving downstream of the cavity 28. Pressing the steam around the projections 36 and through the nozzles formed thereby increases the velocity of the steam, thereby increasing the convection coefficient along the lower surface of the cavity 28 exposed to the hot gas passage. Thus, the hot gas passage is closed in this zone and the temperature of this cooling steam is increased by flowing cooling steam into the second cavity 30 through the discharge passage 40.

제1 및 제2 벽(37, 39) 사이에 형성된 공동(30)에서 제1 공동(28)으로부터의 가열된 냉각 증기는 제1 챔버(42) 안으로 유동한다. 공동(30)은 충돌판(46)에 의해 제1 챔버(42)와 제2 챔버(44)로 분할된다. 충돌판(46)은 제2 챔버(44)의 벽(39) 상에 증기를 충돌시키기 위하여 고속 냉각 증기를 제1 챔버(42)로부터 제2 챔버(44)로 통과시켜서 상기 벽을 충돌 냉각시키기 위한 복수개의 개구(48)를 갖는다. 물론, 증기의 온도는 냉각이 수행됨으로써 증가된다. 후 충돌 증기는 공동(30, 32) 사이에 형성된 배출 개구(50)를 통과한다.In the cavity 30 formed between the first and second walls 37, 39, the heated cooling vapor from the first cavity 28 flows into the first chamber 42. The cavity 30 is divided into the first chamber 42 and the second chamber 44 by the impingement plate 46. The impingement plate 46 impinges the cooling of the wall by passing high-speed cooling steam from the first chamber 42 to the second chamber 44 to impinge the vapor on the wall 39 of the second chamber 44. Has a plurality of openings 48. Of course, the temperature of the steam is increased by cooling. Post impingement vapor passes through a discharge opening 50 formed between the cavities 30 and 32.

제3 및 제4 벽(49, 51) 사이에 형성된 공동(32)에서 냉각 증기는 폐쇄판(54)과 제2 충돌판(56) 사이에 형성된 제3 챔버(52) 안으로 도입된다. 제2 충돌판(56)은 공동(32)의 벽(51)에 대하여 냉각 증기를 고속으로 충돌시키도록 유동시켜서 벽이 충돌 냉각되게 하는 복수개의 유동 개구(58)를 포함한다. 후 충돌 증기는 제3 챔버 주위로 그리고 제4 챔버(60)로부터 배출 개구(24) 안으로 유동한다.In the cavity 32 formed between the third and fourth walls 49 and 51, cooling vapor is introduced into the third chamber 52 formed between the closing plate 54 and the second impingement plate 56. The second impingement plate 56 includes a plurality of flow openings 58 which flow to impinge the cooling vapor at high speed against the wall 51 of the cavity 32 such that the wall is impingement cooled. Post impingement vapor flows around the third chamber and from the fourth chamber 60 into the discharge opening 24.

따라서, 냉각 증기는 고온 연소가스의 유동에 대향하는 유동 형태로 복수개의 공동을 통해서 연속적으로 유동하는 것을 알 수 있다. 따라서, 유동 통로의 상태는 더욱 가혹해지게 되고, 냉각 증기는 고온 가스의 표면을 효과적으로 냉각시키지만 냉각된 표면에 높은 응력을 생성하도록 냉각 증기와 고온 가스 사이의 열 구배도 감소시키는 증가된 온도 상태에 있게 된다.Therefore, it can be seen that the cooling steam continuously flows through the plurality of cavities in a flow form opposite to the flow of the hot combustion gas. Thus, the condition of the flow passages becomes more severe, and the cooling steam effectively cools the surface of the hot gas but increases the temperature gradient between the cooling steam and the hot gas to create a high stress on the cooled surface. Will be.

제4도에는 제2 공동(30)에 있는 충돌판(46)이 도시되어 있다. 충돌판(46)은 이 충돌판과 냉각될 벽(39) 사이에서 제2 챔버(44)에 개방 연통되는 적어도 하나, 바람직하게는 복수개의 도관(62)을 포함한다. 이들 개구(48)는 공동(30)으로부터 배출 개구(50) 쪽으로 유동하는 후 충돌 증기의 유동 방향으로 연장되는 열의 형태로 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 도관들은 개구(48)들의 열들 사이에 배열되고, 후 충돌 냉각 증기의 유동 방향으로 증가되는 면적에서 개방된다. 따라서, 제4도에 도시된 것처럼 도관(62)은 배출 개구(50) 쪽으로의 방향으로 그 단면적이 증가되므로 제2 챔버(44)의 단면적도 후 충돌 냉각 유동 방향으로 증가하게 된다. 이와 달리, 도관(62)의 높이는 이들 도관이 판의 하류 단부에 도달함으로써 증가된다. 따라서, 도관(62)은 후 충돌 냉각 증기의 질량 유동이 하류 위치에서 증가됨으로써 이동될 소비된 냉각 증기를 위한 증가된 영역을 제공한다. 이렇게 후 충돌 증기의 유동을 위해 증가된 영역으로 인해, 보다 적게 소비된 냉각 증기가 충돌 개구와 시라우드의 층 사이에서 이동하기 때문에 교차 유동 영향을 감소시키게 된다.4 shows the impingement plate 46 in the second cavity 30. The impingement plate 46 comprises at least one, preferably a plurality of conduits 62, in open communication with the second chamber 44 between the impingement plate and the wall 39 to be cooled. These openings 48 are preferably arranged in the form of heat extending in the flow direction of the impingement vapor after flowing from the cavity 30 toward the discharge opening 50. Thus, the conduits are arranged between the rows of openings 48 and open in an area which is increased in the flow direction of the post impingement cooling steam. Thus, as shown in FIG. 4, the conduit 62 increases in cross-sectional area of the second chamber 44 in the direction of impingement cooling flow since the cross-sectional area thereof increases in the direction toward the discharge opening 50. Alternatively, the height of the conduits 62 is increased as these conduits reach the downstream ends of the plates. Thus, conduit 62 provides an increased area for spent cooling steam to be moved by increasing the mass flow of post impingement cooling steam in a downstream position. The increased area for the flow of impingement vapors then reduces the cross flow effect as less spent cooling vapors migrate between the impingement openings and the layers of the shroud.

제3도에서 제3 공동(32)의 제2 충돌판(56)은 제2 공동(30)의 충돌판(46)과 유사한 형상을 갖는다. 즉, 충돌판(56)도 배출구(24) 쪽으로의 방향으로 증가되는 후 충돌 증기 냉각 유동을 제공하도록 제4 챔버(60) 안으로 개방되는 복수개의 도관(66)을 포함한다.In FIG. 3, the second impingement plate 56 of the third cavity 32 has a shape similar to the impingement plate 46 of the second cavity 30. That is, impingement plate 56 also includes a plurality of conduits 66 that are opened into fourth chamber 60 to provide impingement vapor cooling flow after being increased in the direction towards outlet 24.

가장 실시하기 용이하고 양호하다고 생각되는 예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않으며 청구범위의 기술 사상 및 영역 내에서의 여러 변경 및 그 균등물도 본 발명에 속한다. 예를 들어, 양호한 실시예에서는 증기를 냉각 유체로 사용하였으나, 가스 터빈 설비에서 공지의 방식으로 압축기로부터 방출되는 공기와 같은 다른 유체를 사용하도록 저온 설비에도 적용할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the examples which are considered to be the easiest and best practice, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and equivalents within the spirit and scope of the claims also belong to the present invention. . For example, in the preferred embodiment steam is used as the cooling fluid, but the gas turbine plant may also be applied to low temperature plants to use other fluids, such as air discharged from the compressor in a known manner.

제1도는 터빈 버킷 주위의 터빈 시라우드의 위치를 도시하는 터빈 내측 쉘의 일부를 도시한 개략 정면도.1 is a schematic front view of a portion of a turbine inner shell showing the position of a turbine shroud around a turbine bucket;

제2도는 제1도의 냉각 시라우드가 시라우드 현수부에 고정된 것을 도시한 확대 사시도.FIG. 2 is an enlarged perspective view showing that the cooling shroud of FIG. 1 is fixed to the shroud suspension.

제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 시라우드에 의해 형성된 냉각 공동을 도시한 확대 단면도.3 is an enlarged cross sectional view showing a cooling cavity formed by the shrouds shown in FIGS. 1 and 2;

제4도는 제2도에 도시된 제2공동에 있는 충돌판을 도시한 단편 사시도.4 is a fragmentary perspective view of the impingement plate in the second cavity shown in FIG.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 1단계 노즐 12 : 1단계 버킷10: 1st stage nozzle 12: 1st stage bucket

14 : 2단계 노즐 16 : 2단계 버킷14: 2nd Stage Nozzle 16: 2nd Stage Bucket

18 : 터빈 시라우드 28, 30, 32 : 공동18: turbine shroud 28, 30, 32: cavity

34 : 매니폴드 42, 44, 52, 60 : 챔버34: manifold 42, 44, 52, 60: chamber

46 : 충돌판 62 : 도관46: collision plate 62: conduit

Claims (16)

터빈용 충돌 증기 냉각 장치이며,Impingement steam cooling for turbines, 서로 이격된 제1 및 제2 벽과, 서로에 대하여 밀봉된 제1 및 제2 챔버를 자체의 대향 측면들 상에 형성하도록 상기 벽들 사이에서 이격되며 상기 챔버들 사이에서 냉각 증기를 연통시키기 위한 복수개의 유동 개구를 갖는 충돌판을 갖는 터빈 시라우드와,A plurality of first and second walls spaced apart from each other and spaced between the walls to communicate cooling vapors between the chambers so as to form sealed first and second chambers on their opposite sides. A turbine shroud having a collision plate having two flow openings, 냉각 증기를 상기 개구들을 통해서 제2 챔버 안으로 유동시켜서 제2 벽을 충돌 냉각시키도록 상기 냉각 증기를 제1 챔버 안으로 공급하기 위하여 제1 챔버에 연통된 공급 통로와,A supply passage in communication with the first chamber for supplying the cooling steam into the first chamber to flow cooling steam through the openings into the second chamber to impinge cool the second wall; 제2 챔버로부터 유동하는 후 충돌 냉각 증기를 배출하기 위해 제2 챔버에 연통된 배출 개구와,A discharge opening in communication with the second chamber for discharging the impingement cooling vapor after flowing from the second chamber; 후 충돌 증기의 질량 유동이 배출 개구를 향해 하류 방향으로 증가함에 따라 상기 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하도록 제2 챔버에 연통되고 상기 충돌판에 형성된 적어도 하나의 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.At least one conduit communicated to the second chamber and formed in the impingement plate to provide an increased flow area for at least a portion of the post impingement vapor as the mass flow of post impingement vapor increases in a downstream direction towards the discharge opening. Impingement steam cooling apparatus for a turbine, characterized in that. 제1항에 있어서,상기 충돌판을 관통하는 유동 개구는 배출 통로를 향해 제2 챔버를 따라 후 충돌 증기의 유동의 방향에 대해 평행하게 열을 지어 정렬되고, 상기 도관은 상기 개구들의 열들 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 터빈용충돌 증기 냉각 장치.2. The flow opening of claim 1, wherein the flow openings through the impingement plate are aligned in rows parallel to the direction of flow of subsequent impingement vapor along the second chamber towards the discharge passage, the conduit between the rows of openings. A collision steam cooling device for a turbine, which is arranged. 제1항에 있어서, 상기 도관은 상기 배출 개구를 향해 후 충돌 증기의 유동의 하류 방향으로 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.2. The impingement steam cooling apparatus according to claim 1, wherein the conduit is increased in cross-sectional area in a downstream direction of the flow of back impingement steam toward the discharge opening. 제1항에 있어서,후 충돌 증기의 질량 유동이 배출 개구 쪽으로 하류 방향으로 증가함으로써 상기 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하도록 제2 챔버에 연통된 상기 충돌판에 형성된 적어도 하나의 도관을 포함한 복수개의 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.The at least one of claim 1, wherein at least one formed in the impingement plate in communication with the second chamber to provide a increased flow area for at least a portion of the post impingement vapor by increasing the mass flow of post impingement vapor toward the outlet opening. Impingement steam cooling apparatus for a turbine comprising a plurality of conduits including the conduits of. 제1항에 있어서, 상기 도관은 충돌판에 형성되고 상기 충돌판의 일 측면으로부터 상기 제1 벽을 향해 돌출된 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.2. The impingement steam cooling apparatus of claim 1 wherein the conduit includes a channel formed in the impingement plate and protruding from one side of the impingement plate toward the first wall. 제5항에 있어서, 상기 채널은 상기 배출 개구를 향해 후 충돌 증기의 유동의 하류 방향으로 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.6. The impingement steam cooling apparatus for a turbine according to claim 5, wherein the channel has an increased cross-sectional area in the downstream direction of the flow of back impingement steam toward the discharge opening. 제1항에 있어서,상기 공급통로는 냉각증기를 상기 제1챔버 안으로 증가된 속도로 유동시키기 위한 노즐을 형성하는 입구 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 충돌 증기 냉각 장치.The impingement steam cooling apparatus of claim 1, wherein the supply passage includes an inlet cavity defining a nozzle for flowing cooling steam at an increased speed into the first chamber. 터빈 시라우드 냉각시스템이며,Turbine shroud cooling system, 복수개의 공동을 형성하는 시라우드 하우징과,A shroud housing forming a plurality of cavities, 냉각 증기를 수용하기 위한 입구와 증기 배출 통로를 갖고 자체로부터 배출 통로로 유동하는 증기의 속도를 증가시키기 위한 노즐을 형성하는 복수개의 공동 중 제1 공동과,A first one of the plurality of cavities having an inlet for receiving cooling steam and a vapor discharge passage and forming a nozzle for increasing the velocity of steam flowing from the discharge passage therethrough, 서로 이격된 제1 및 제2 벽과 제1 공동으로부터의 증기를 수용하기 위한 배출 통로에 연통하도록 위치된 제1 챔버와 이 제1 챔버에 대하여 서로 밀봉된 제2 챔버를 그 대향 측면들 상에 형성하도록 상기 벽들 사이에서 이격되고 제2 공동의 제2 벽을 충돌 냉각시키기 위하여 제1 챔버로부터 개구를 통해서 제2 챔버 안으로 냉각 증기를 연통시키기 위한 복수개의 유동 개구를 갖는 충돌판을 갖춘 복수개의 공동 중 제2 공동과,A first chamber positioned to communicate with the first and second walls spaced apart from each other and a discharge passage for receiving steam from the first cavity, and a second chamber sealed to each other for the first chamber on its opposite sides. A plurality of cavities with impingement plates having a plurality of flow openings spaced between the walls to form and for communicating cooling vapors from the first chamber through the opening into the second chamber to impinge cool the second wall of the second cavity. With the second cavity, 제2 챔버로부터 유동하는 후 충돌 냉각 증기를 배출시키기 위하여 제2 챔버에 연통된 배출 개구와,A discharge opening in communication with the second chamber for discharging the impingement cooling vapor after flowing from the second chamber; 제2 챔버로부터 배출 개구 쪽으로의 후 충돌 증기의 유동에 연통하는 제2 공동의 일부를 형성하고 제2 챔버 내의 교차 유동 영향을 감소시키기 위하여 후 충돌 증기의 질량 유동이 상기 배출 개구 쪽으로의 하류 방향으로 증가됨으로써 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하는 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.In order to form a portion of the second cavity in communication with the flow of back impingement vapor from the second chamber toward the outlet opening and to reduce the cross flow effect in the second chamber, the mass flow of the back impingement vapor is directed downstream to the outlet opening. And a conduit that is increased to provide an increased flow area for at least a portion of the post impingement steam. 제8항에 있어서, 상기 도관은 배출 개구 쪽으로 유동하는 후 충돌 증기의 유동 방향의 하류에서 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.9. The turbine shroud cooling system of claim 8, wherein the conduit is increased in cross section downstream of the flow direction of impingement vapor after flowing toward the outlet opening. 제8항에 있어서, 후 충돌 증기의 질량 유동이 배출 개구 쪽으로 하류 방향으로 증가함으로써 상기 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하도록 제2 챔버에서 후 충돌 증기의 유동에 연통된 상기 충돌판에 형성된 하나의 도관을 포함한 복수개의 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.9. The method of claim 8, wherein the mass flow of the post impingement vapor increases in a downstream direction toward an outlet opening, thereby communicating with the flow of post impingement vapor in the second chamber to provide an increased flow region for at least a portion of the post impingement vapor. A turbine shroud cooling system, comprising a plurality of conduits including one conduit formed in the impingement plate. 제8항에 있어서, 상기 도관이 충돌판에 형성되어 이 충돌판의 일 측면으로 상기 제1 벽 쪽으로 돌출한 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.9. The turbine shroud cooling system of claim 8 wherein the conduit includes a channel formed in the impingement plate and protruding toward the first wall on one side of the impingement plate. 제11항에 있어서, 상기 채널이 배출 개구 쪽으로 유동하는 후 충돌 증기의 유동 방향의 하류에서 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.12. The turbine shroud cooling system according to claim 11, wherein the cross sectional area is increased downstream of the flow direction of the impingement vapor after the channel flows toward the discharge opening. 제8항에 있어서, 서로 이격된 제3 및 제4 벽과 제2 공동으로부터의 후 충돌 증기를 수용하기 위하여 제2 챔버의 배출 개구에 연통하도록 위치된 제3 챔버와 이 제3 챔버에 대하여 서로 밀봉된 제2 챔버를 그 대향 측면들 상에 형성하도록 상기 벽들 사이에서 이격되고 제3 공동의 제4 벽을 충돌 냉각시키기 위하여 제3 챔버로부터 개구를 통해서 제4 챔버 안으로 냉각 증기를 연통시키기 위한 복수개의 유동 개구를 갖는 제2 충돌판을 갖춘 복수개의 공동 중 제3 공동과,9. The third chamber of claim 8, wherein the third chamber and the third chamber positioned to communicate with the outlet opening of the second chamber to receive the post impingement vapor from the third and fourth walls and the second cavity spaced apart from each other. A plurality of spaced between the walls to form a sealed second chamber on opposite sides thereof and for communicating cooling vapor into the fourth chamber through the opening from the third chamber to impinge cool the fourth wall of the third cavity. A third of the cavities with a second impingement plate having two flow openings, 제4 챔버로부터 유동하는 후 충돌 냉각 증기를 배출시키기 위하여 제4 챔버에 연통된 배출 개구와,A discharge opening in communication with the fourth chamber for discharging the impingement cooling vapor after flowing from the fourth chamber; 제4 챔버에 연통된 제3 공동의 일부를 형성하고 제4 챔버 내의 교차 유동 영향을 감소시키기 위하여 후 충돌 증기의 질량 유동이 상기 배출 통로 쪽으로의 하류 방향으로 증가됨으로써 제4 챔버를 따라 유동하는 후 충돌 증기의 적어도 일부를 위한 증가된 유동 영역을 제공하는 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 시라우드 냉각 시스템.After flowing along the fourth chamber by forming a portion of the third cavity in communication with the fourth chamber and increasing the mass flow of post impingement vapor in a downstream direction towards the discharge passage to reduce the cross flow effect in the fourth chamber. And a conduit providing an increased flow zone for at least a portion of the impingement vapor. 증기 충돌에 의한 터빈 시라우드 냉각 방법이며,Cooling method of turbine shroud by steam collision, 냉각 증기를 시라우드 내의 공동 안으로 유동시키는 단계와,Flowing cooling steam into the cavity in the shroud, 공동을 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하는 충돌판에 배열된 복수개의 개구를 통해서 공동으로부터의 냉각 증기를 유동시키는 단계와,Flowing cooling vapor from the cavity through a plurality of openings arranged in the impingement plate dividing the cavity into a first chamber and a second chamber, 시라우드의 벽을 냉각시키도록 제2 챔버를 교차하는 개구를 통해서 유동하는 증기를 상기 벽에 대하여 충돌시키기 위하여 안내하는 단계와,Guiding vapor flowing through the opening crossing the second chamber to impinge against the wall to cool the wall of the shroud; 제2 챔버의 후 충돌 냉각 증기를 배출 개구로 유동시키는 단계와,Flowing the post impingement cooling vapor of the second chamber into the discharge opening; 충돌 개구들과 벽 사이에서의 증기의 후 충돌 유동을 감소시킴으로써 교차 유동 영향을 감소시키기 위하여 제2 챔버의 후 충돌 냉각 증기를 위한 증가된 영역을 제공하도록 공동에 적어도 하나의 도관을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 증기 충돌에 의한 터빈 시라우드 냉각 방법.Forming at least one conduit in the cavity to provide an increased area for the post impingement cooling steam of the second chamber to reduce the post flow impact of the vapor between the impingement openings and the wall. Turbine shroud cooling method by a steam collision comprising a. 제14항에 있어서, 상기 시라우드의 또 다른 유동 공동에 유동 노즐을 마련하는 단계와, 냉각 증기를 상기 또 다른 공동 안으로 먼저 유동시키고 증기 유동 속도 및 시라우드를 따른 대류 계수를 증가시키도록 노즐을 통해서 유동시키는 단계와, 냉각 증기를 상기 또 다른 공동으로부터 제1 챔버 안으로 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 충돌에 의한 터빈 시라우드 냉각 방법.15. The method of claim 14, further comprising the steps of providing a flow nozzle in another flow cavity of the shroud, the nozzle being first flowed into the another cavity and increasing the flow rate and convection coefficient along the shroud. Flowing through and venting cooling steam from the another cavity into the first chamber. 고온의 연소 가스용 유동로를 형성하는 벽을 갖는 터빈 시라우드이며,A turbine shroud with walls forming a flow path for hot combustion gases, 상기 벽을 냉각시키기 위하여 고온 연소 가스의 방향에 대하여 연속 교차 유동하는 냉각 증기를 수용하기 위하여 상기 벽에 의하여 형성되어 부분적으로 배열된 복수개의 내부 공동을 포함하는 터빈 시라우드.A turbine shroud comprising a plurality of internal cavities formed and partially arranged by the wall to receive cooling vapor that continuously crosses flow with respect to the direction of the hot combustion gas to cool the wall.
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